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Dokumentenidentifikation DE4335871A1 27.04.1995
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Verbrauchsminderung von fließfähigen fossilen Brennstoffen
Anmelder Schulte, Hartmut, Dipl.-Ing., 63695 Glauburg, DE
Erfinder Schulte, Hartmut, Dipl.-Ing., 63695 Glauburg, DE
Vertreter Schumacher, B., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 63454 Hanau
DE-Anmeldedatum 21.10.1993
DE-Aktenzeichen 4335871
Offenlegungstag 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F02M 27/04
IPC-Nebenklasse F02B 51/04   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrauchsminderung von durch eine magnetisch durchlässige Brennstoffzuleitung strömenden fossilen Brennstoffen durch ein Magnetfeld, das durch ein externes Magnetisierungsmittel auf den Brennstoff aufgebracht wird, und auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Zur optimalen Verminderung des Brennstoffsverbrauchs, auch bei unterschiedlichen Betriebsverhältnissen, wird bei dem genannten Verfahren erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß auf den Brennstoff ein elektromagnetisches Wechselfeld mit periodisch veränderbarer Feldstärke aufgebracht wird, dessen Frequenz unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs gewählt wird.
In weiterer Ausgestaltung wird ferner vorgeschlagen, daß die Frequenz des Wechselfeldes laufend innerhalb eines Frequenzbereiches zwischen zwei Frequenzwerten verändert wird. Hierdurch wird eine Anpassung der Frequenz an die Strömungsgeschwindigkeit auch dann erzielt, wenn sich diese beim Betrieb verändert.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird bei der genannten Vorrichtung erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine die Brennstoffzuleitung umschließende Magnetspule ausreichender Länge und eine diese mit einem Wechselstrom veränderbarer Frequenz speisende Versorgungsquelle vorzusehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrauchsminderung von durch eine magnetisch durchlässige Brennstoffzuleitung strömenden fossilen Brennstoffen durch ein Magnetfeld, das durch ein externes Magnetisierungsmittel auf den Brennstoff aufgebracht wird, und auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, den Kraftstoffverbrauch durch Einwirkung eines Dauermagnetfeldes auf einen strömenden, flüssigen Kraftstoff zu vermindern. Zu diesem Zweck umgibt man eine durchströmte Kraftstoffleitung mit einem diese magnetisch durchdringenden Dauermagneten. Nachteilig ist hierbei, daß unter Berücksichtigung sich ständig ändernder Betriebsverhältnisse, insbesondere Strömungsgeschwindigkeiten, keineswegs optimale Verhältnisse und nur eine vergleichsweise kleine Kraftstoffersparnis erzielbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art und eine zum Durchführen desselben dienende Vorrichtung so auszubilden, daß mit einfachen Maßnahmen durch optimale Magnetfeldanpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse stets eine maximale Brennstoffersparnis erzielbar ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art zur Verbrauchsminderung von Brennstoffen erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus, nämlich dadurch, daß auf den Brennstoff ein elektromagnetisches Wechselfeld mit periodisch veränderbarer Feldstärke aufgebracht wird, dessen Frequenz unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs gewählt wird.

Es hat sich gezeigt, daß ein magnetisches Wechselfeld wesentlich wirksamer als ein magnetisches Gleichfeld ist und daß für jede Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs eine bezüglich der Verbrauchsminderung optimale Frequenz des Wechselfeldes existiert. Deshalb sollte eine entsprechende Frequenzanpassung erfolgen, damit unterschiedliche Betriebsverhältnisse berücksichtigt werden können.

Die nach diesem Verfahren erzielte größere Verbrauchsminderung führt gleichzeitig zu einer deutlichen Reduzierung der Abgasmengen. Mit dem Begriff Wechselfeld sind hinsichtlich ihrer Feldstärke periodisch veränderbare Magnetfelder mit oder ohne Feldrichtungsumkehrung gemeint. Das Verfahren läßt sich sehr vielseitig insbesondere überall dort einsetzen, wo strömende flüssige oder gasförmige Brennstoff zum Betrieb von Antriebs- oder Heizmitteln zum Einsatz kommen.

Es wird davon ausgegangen, daß durch das magnetische Wechselfeld geeigneter Frequenz die Oberflächenspannung des strömenden Brennstoffs vermindert und die Moleküle getrennt werden. Somit entstehen beim Einsprühen bzw. Zerstäuben des Brennstoffs wesentlich kleinere Tröpfchen, so daß eine deutlich bessere Brennstoffausnutzung erzielbar ist.

Besonders bevorzugt ist die Weiterbildung von Anspruch 2, weil durch das ständige Überstreichen eines Frequenzbereiches automatisch eine Berücksichtigung der für die jeweilige Strömungsgeschwindigkeit optimalen Frequenz erfolgt. Somit ist es hierbei nicht erforderlich, die momentane Strömungsgeschwindigkeit direkt oder indirekt zu messen.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 3 und 4 haben sich im praktischen Betrieb gut bewährt und erlauben eine besonders einfache Anwendung, weil hierbei das Magnetfeld leicht herzustellen ist.

Auch die Ausgestaltungen der Ansprüche 5 und 6 sind äußerst praxisgerecht und leicht erzielbar.

In praktischen Versuchen haben sich der Frequenzbereich von Anspruch 7 für Dieselkraftstoff und die Zykluszeit von Anspruch 8 als sehr positiv und verbrauchsmindernd herausgestellt.

Die wirksame Länge des Wechselfeldes, die Durchflußgeschwindigkeit des Brennstoffs und die Zykluszeit stehen in einem gewissen Zusammenhang. Gemäß den Ansprüchen 9 bis 11 können somit die Zykluszeit oder die Länge des Wechselfeldes in Abhängigkeit von den jeweils anderen Parametern geeignet gewählt werden, um eine optimale Verbrauchsminderung zu erzielen.

Gemäß Anspruch 12 kann die jeweilige Zykluszeit auch der momentanen Durchflußgeschwindigkeit angepaßt werden. Dieses dürfte insbesondere dann sinnvoll sein, wenn sehr große Geschwindigkeitsänderungen zu erwarten sind.

Gemäß den Ansprüchen 13 bis 15 kann ein einseitig gerichtetes Wechselfeld, also ein solches ohne Feldrichtungsumkehrung, benutzt werden. Dabei kann der Brennstoff gemäß den Ansprüchen 16 und 17 in den Nordpol oder in den Südpol einströmen und aus dem jeweils entgegengesetzten Pol ausströmen.

Statt dessen kann gemäß den Ansprüchen 18 bis 20 auch ein zweiseitig gerichtetes Wechselfeld, also ein solches mit periodischer Feldrichtungsumkehrung, eingesetzt werden. Dieses Wechselfeld kann bezüglich der positiven sowie negativen Feldamplituden und der Zeitdauer der positiven sowie negativen Feldanteile symmetrisch oder auch unsymmetrisch sein.

Während gemäß den Ansprüchen 21 und 22 ein Feldverlauf vorzugsweise mit möglichst steilen Flanken, wie ein Rechteckverlauf, erwünscht ist, können die Flanken des Feldverlaufs gemäß Anspruch 23 oder 24 auch schräg oder sinusförmig sein oder eine andere Kurvenform haben.

Die Ausgestaltungen der Ansprüche 25 und 26 ermöglichen es, auf ein ständiges Durchlaufen eines bestimmten Frequenzbereiches zu verzichten und statt dessen die momentanen Strömungsgeschwindigkeiten zu messen und die hiervon abhängigen optimalen Frequenzen des Wechselfeldes zu wählen. Die Abhängigkeit der jeweils optimalen Frequenz von der Strömungsgeschwindigkeit kann zuvor ermittelt sowie abgespeichert und im Betrieb abgerufen werden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des obigen Verfahrens erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 27 aus. Eine solche Vorrichtung ist ausgesprochen einfach sowie unkritisch zu handhaben, weil die Magnetspule die Brennstoffleitung lediglich umschließt und diese somit unverändert bleiben kann. Die elektrische Versorgung der Magnetspule mit einem geeigneten Strom periodisch veränderlicher Amplitude sowie Frequenz ist ebenfalls einfach durchführbar.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 28 bis 30 haben sich in praktischen Versuchen als besonders günstig und preiswert sowie zuverlässig erwiesen.

Die Merkmale der Ansprüche 31 und 32 beinhalten bevorzugte Einbaumaßnahmen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem in einer Figur zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Eine Brennstoffleitung 10 für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, wie eine zu einem Vergaser oder einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors führende Kraftstoffleitung eines Kraftfahrzeugs, ist von einer als Magnetspule 12 dienenden Zylinderspule geeigneter Mindestlänge L umgeben. Diese wird von einer noch zu beschreibenden Versorgungsquelle mit einem periodischen Wechselstrom gespeist, der im vorliegenden Fall gemäß Pfeildarstellung einseitig gerichtet ist, also keine Vorzeichenumkehrung aufweist.

Die Versorgungsquelle ist im vorliegenden Fall wie folgt aufgebaut.

Ein als spannungsgesteuerter Oszillator ausgebildeter Rechteckgenerator 16 wird von einem seine Impulsfolgefrequenz beeinflussenden Rampengenerator 18 angesteuert. Dieser erzeugt im vorliegenden Fall ein symmetrisches Rampensignal, also ein solches mit gleich schnell ansteigenden sowie abfallenden Flanken. Der Rechteckgenerator 16 erzeugt dadurch ein mit 14 bezeichnetes Steuer- bzw. Impulssignal, das einem als Stromquelle für die Magnetspule 12 dienenden Verstärker 20 zugeführt wird. Der Rechteckgenerator 16, der Rampengenerator 18 und der Verstärker 20 werden gemäß Darstellung von einer Gleichspannungsquelle 22, wie einem Netzgerät, gespeist.

Das Steuer- bzw. Impulssignal 14 ist im vorliegenden Fall ein Rechtecksignal mit konstanter Amplitude und periodisch gleich schnell ansteigender sowie abfallender Impulsfolgefrequenz. Dadurch erzeugt die Magnetspule 12 bei diesem Ausführungsbeispiel ein einseitig gerichtetes Wechselfeld, also ein solches ohne Vorzeichenumkehrung.

Der zu überstreichende Frequenzbereich sollte alle diejenigen Frequenzen enthalten, die sich für die zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten des jeweiligen Brennstoffs als optimal verbrauchsmindernd auswirken. Wegen der ständigen Frequenzänderung wird für alle Brennstoffteile beim Strömen auch die optimal verbrauchsmindernd wirkende Frequenz tatsächlich erreicht, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit selbst gemessen werden muß. Es läßt sich hierdurch eine Brennstoffersparnis von ca. 20% erzielen, was zu einer entsprechenden Verminderung der Abgase, der NOX-Werte, führt.

Die Stärke des Magnetfeldes sollte so groß gewählt werden, daß sich eine maximale Verbrauchsminderung erzielen läßt. Eine weitere Vergrößerung des Magnetfeldes führt zu keinem besseren Ergebnis. Eine zu kleine Feldstärke ergibt jedoch eine kleinere Verbrauchsminderung.

In einem praktischen Versuch hat sich für Dieselkraftstoff ein Frequenzbereich von etwa 10 Hz bis etwa 200 Hz als vorteilhaft erwiesen.

Ferner hat ein praktischer Versuch eine zweckmäßige Zykluszeit von etwa 6 sec für das Durchlaufen des Frequenzbereiches ergeben. Auch dieser Wert hängt allerdings von den einzelnen Betriebs- und Einbaubedingungen ab.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs direkt oder indirekt zu messen und hiervon abhängig jeweils die optimale Frequenz des magnetischen Wechselfeldes einzustellen. Hierdurch wird die Brennstoffersparnis weiter optimiert, weil ständig die optimale Frequenz ansteht. Dann kann auf ein ständiges Überstreichen eines vorgegebenen Frequenzbereiches verzichtet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Verbrauchsminderung von durch eine magnetisch durchlässige Brennstoffzuleitung strömenden fossilen Brennstoffen durch ein Magnetfeld, das durch ein externes Magnetisierungsmittel auf den Brennstoff aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Brennstoff ein elektromagnetisches Wechselfeld mit periodisch veränderbarer Feldstärke aufgebracht wird, dessen Frequenz unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs gewählt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselfeldes laufend innerhalb eines Frequenzbereiches zwischen zwei Frequenzgrenzwerten verändert wird, wobei dieser Frequenzbereich die für die zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten optimalen Frequenzen des Wechselfeldes enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld nach seitlicher Einleitung in das Innere der Brennstoffleitung diese über eine gewisse Distanz im wesentlichen in Strömungsrichtung durchsetzt und dann wieder seitlich herausgeleitet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld allseitig gleichmäßig in die Brennstoffleitung eingeleitet und aus dieser herausgeleitet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Grenzwerten veränderbare Frequenz des Wechselfeldes zyklisch erhöht und vermindert wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, daß die Absolutwerte der Änderungsgeschwindigkeiten beim Erhöhen und Vermindern der Frequenz gleich groß sind.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, daß zumindest für Dieselkraftstoff ein zu durchlaufender Frequenzbereich von etwa 10 Hz bis etwa 200 Hz benutzt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchlaufen des Frequenzbereiches in jeder Änderungsrichtung während einer Zykluszeit von etwa 6 sec durchgeführt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verminderung bzw. Vergrößerung der auf den Brennstoff einwirkenden Länge des Wechselfeldes im Falle einer im wesentlichen unveränderten Durchflußgeschwindigkeit des Brennstoffs die Zykluszeit zum Durchlaufen des Frequenzbereiches verkürzt bzw. verlängert wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verminderung bzw. Vergrößerung der Durchflußgeschwindigkeit des Brennstoffs im Falle einer im wesentlichen unveränderten Länge des auf den Brennstoff einwirkenden Wechselfeldes die Zykluszeit zum Durchlaufen des Frequenzbereiches verlängert bzw. verkürzt wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verminderung bzw. Vergrößerung der Durchflußgeschwindigkeit des Brennstoffs im Falle einer im wesentlichen unveränderten Zykluszeit zum Durchlaufen des Frequenzbereiches die Länge des auf den Brennstoff einwirkenden Wechselfeldes vergrößert bzw. verkleinert wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs direkt oder indirekt gemessen und in Abhängigkeit hiervon die Zykluszeit zum Durchlaufen des Frequenzbereiches gesteuert oder geregelt wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig gerichtetes Wechselfeld benutzt wird, dessen Feldrichtung konstant ist und dessen Feldgröße sich laufend zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert verändert.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert der Feldgröße zu Null gewählt wird.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert der Feldgröße größer als Null gewählt wird.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in den magnetischen Nordpol einströmt und aus dem magnetischen Südpol ausströmt.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in den magnetischen Südpol einströmt und aus dem magnetischen Nordpol ausströmt.
  18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiseitig gerichtetes Wechselfeld benutzt wird, dessen Feldrichtung sich laufend umkehrt und dessen Feldgröße sich laufend zwischen Minimal- und Maximalwerten verändert.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Minimal- und Maximalwerte gewählt werden, deren Absolutwerte gleich groß sind.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein asymmetrisches Wechselfeld benutzt wird, dessen Amplitude in einer Feldrichtung, vorzugsweise in der negativen Feldrichtung, gleich groß oder größer als in der hierzu entgegengesetzten Feldrichtung ist und dessen Zeitdauer in dieser einen Feldrichtung kleiner als in der entgegengesetzten Feldrichtung ist.
  21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 120, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisches Wechselfeld mit möglichst steilen Flanken benutzt wird.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisches Wechselfeld mit Rechteckflanken benutzt wird.
  23. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisches Wechselfeld mit schrägen bzw. Dreieckflanken benutzt wird.
  24. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisches Wechselfeld mit etwa sinusförmigen Flanken oder mit Flanken anderer Kurvenform benutzt wird.
  25. 25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs wiederholt direkt oder indirekt gemessen wird und daß in Abhängigkeit von dem Meßergebnis jeweils eine für die momentane Strömungsgeschwindigkeit optimale Frequenz des Wechselfeldes eingestellt wird.
  26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß für alle zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten oder Strömungsgeschwindigkeitsbereiche vorab die optimalen Frequenzen des Wechselfeldes bestimmt sowie gespeichert werden und daß im laufenden Betrieb jeweils die gespeicherte optimale Frequenz in Abhängigkeit von dem Meßergebnis abgerufen wird.
  27. 27. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, gekennzeichnet durch eine die Brennstoffzuleitung (10) umschließende Magnetspule (12) ausreichender Länge (L) und durch eine diese mit einem Wechselstrom veränderbarer Frequenz speisende Versorgungsquelle (14, 16, 18, 20, 22).
  28. 28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsquelle einen spannungsgesteuerten Oszillator als Rechteckgenerator (16) aufweist, der von einem seine Impulsfolgefrequenz beeinflussenden Rampengenerator (18) angesteuert wird und der zwischen zwei Frequenzwerten zyklisch veränderbare Steuerimpulse erzeugt.
  29. 29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckgenerator (16) ausgangsseitig über einen als Stromquelle dienenden Verstärker (20) an die Magnetspule (12) angeschlossen ist.
  30. 30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckgenerator (16), der Rampengenerator (18) und der Verstärker (20) von einer Gleichspannungsquelle (22), wie einer Autobatterie, gespeist werden.
  31. 31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (12) die Brennstoffzuleitung (10), wie eine Benzin- oder Dieselöl-Leitung, zu einem Vergaser oder einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors, wie eines Kraftfahrzeugs, umschließt.
  32. 32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (12) die Brennstoffzuleitung (10), wie eine Öl- oder Gas-Leitung, zu einer Heizeinrichtung umschließt.






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